## PEMODELAN NUMERIK CFD PADA LAMBUNG TORPEDO

## Numerical Modeling of Torpedo Hull by CFD
Ahmad S. Mujahid dan Teddy S. Setiahardja
UPT-Balai Pengkajian dan Penelitian Hidrodinamika, BPPT Email:aaf2k3li@gmail.com
Diterima: 25 Nopember 2013; Direvisi: 3 Desember 2013; Disetujui: 9 Desember 2013

## Abstrak
Torpedo  pada  umumnya  berbentuk  tabung  yang  memiliki  sistem  penggerak  sendiri.  Torpedo  yang dianalisa ini merupakan perpaduan dari desain torpedo jenis MK-44 dan MK-46 menjadi sebuah desain baru yang diharapkan dapat memperoleh performa yang lebih optimal. Dengan menggunakan perangkat lunak  berbasis  numerik  CFD  dapat  dianalisa  efek  hidrodinamika  yang  timbul  pada  torpedo  seperti: distribusi  tekanan  yang  terjadi  pada  lambung  torpedo,  arah  aliran  fluida  saat  torpedo  bergerak, streamline desain torpedo.
Kata kunci : Torpedo, Computational Fluid Dynamics , Analisa Hidrodinamis

## Abstract
In  general, torpedo tube-shaped  which  has  propulsion system  itself.  The torpedo  which  analyzed is a combine  of  torpedo  design  types  of  the  MK-44  and  the  MK-46  into  a  new  design  that  is  expected  to obtain  more  optimal  performance.  Using  by  numerical  software  CFD,  torpedo  can  be  analyzed  the hydrodynamic effects that arise on the torpedo such as the pressure distribution on the hull of torpedo, direction of fluid flow while torpedo moving, streamlined design of torpedo .
Keyword : Torpedo, Computational Fluid Dynamics, Analyzed    Hydrodinamic

## PENDAHULUAN
Torpedo merupakan salah satu senjata utama yang dipakai  dalam  peperangan  laut,  torpedo  pada umumnya  berbentuk  tabung  yang  memiliki  system penggerak sendiri dengan baling-baling ( propeller ) di bagian  belakangnya  sebagai  penggerak  utama. Torpedo  dapat  ditembakkan  di  atas  atau  di  bawah permukaan  laut  untuk  kemudian  meluncur  di  bawah permukaan  laut  dan  dirancang  untuk  meledak  pada kontak  atau  jarak  tertentu  dari  target.  Torpedo  dapat diluncurkan  dari  kapal  selam,  kapal  permukaan, helikopter atau pesawat.
Torpedo  yang  dianalisa  ini  merupakan  perpaduan dari  desain  torpedo  jenis  MK-44  dan  jenis  MK-46 dimana  kedua  jenis  torpedo  ini  memiliki  keunggulan masing-masing.  Dengan  menggabungkan  dua  buah torpedo dari jenis yang berbeda menjadi satu kesatuan
dalam  sebuah  desain  torpedo  yang  baru  diharapkan akan mendapatkan performa yang lebih optimal.
Dengan  menggunakan  perangkat  lunak  berbasis numerik CFD dapat dianalisa efek hidrodinamika yang timbul  pada  torpedo  seperti:  arah  aliran  fluida  saat torpedo  bergerak, streamline desain  torpedo,  dan distribusi tekanan yang terjadi pada lambung torpedos.
Streamline  adalah  garis  –  garis  yang  dibuat  atau digambar searah dengan arah aliran. Sehingga dengan kondisi  variasi  kecepatan  yang  berbeda  dapat  terlihat perbedaan bentuk aliran  yang terjadi pada  model bodi torpedo  tersebut.  Dari  analisa  hidrodinamika  tersebut dapat diketahui performa dari desain torpedo.
Gambar 1. Tampak Isometri Geometri Torpedo Half Body dalam perangkat lunak berbasis CFD

## PEMODELAN
Geometri  model  yang  telah  dibuat  melalui perangkat  lunak  berbasis  CAD  kemudian  dipindah  ke perangkat  lunak  berbasis  numerik Computational Fluid  Dynamic (CFD).  Geometri  diperiksa  untuk memastikan  model tidak  mengalami kerusakan / cacat atau perubahan bentuk maupun dimensi. Apabila tidak sesuai  dengan  geometri  awal  maka  perlu  dilakukan beberapa  pembenahan  desain  dan  penambahan parameter  pada  geometri  torpedo  sehingga  dapat dijalankan (di- Solver ) dengan baik di CFD.
Karena  geometri  torpedo  sisi  kiri  ( port  side ) maupun  kanan  ( star  board )  memiliki  bentuk  yang sama,  maka  geometri  dibuat  dalam  mode symmetry dalam bentuk model half body , yakni geometri torpedo hanya pada bagian star board saja.
a. Konfigurasi Modeling : Geometri  torpedo  yang  telah  dibenahi  dalam design  modeler dari  perangkat  lunak  CFD  memiliki bentuk dan dimensi sebagai berikut:

## Gambar 2. Dimensi Torpedo dalam perangkat lunak CFD
Data-data  torpedo  yang  dibutuhkan  dalam  analisa CFD ditunjukkan pada tabel di bawah ini:
Tabel.1. Data Dimensi Torpedo Parameter Magnitude Unit Torpedo Displacement 0.172 Ton Torpedo Length over all (L) 2.59 m Torpedo Half Beam (B) 0.162 m Torpedo Height (H) 0.324 m Water Density 1025 Ton/m^3 Volume 0.079655 m^3 Surface Area 1.9902 m^2 Velocity Variation 30; 28; 25; 20; 15; 10; 5 Knot Boundary Length (Lb) 24.2 m Boundary Beam (Bb) 2 m Boundary Height (Hb) 4 m Setelah geometri  torpedo  diperbaiki, maka dilakukan pemberian kondisi lingkungan berupa fluida yang menyelubungi torpedo. Fluida yang menyelubungi  torpedo  dimodelkan  dengan  bentuk kotak sebagai berikut:
Gambar 3. Dimensi Fluida Berupa Air Laut yang
Menyelubungi Torpedo
b. Pengaturan Meshing : Meshing  Geometry Torpedo  menggunakan  jenis meshing yakni Physics  Preference yang  berupa  CFD, Solver Preference menggunakan: CFX. Nilai Relevance yang  diberikan  adalah:  100.  Bentuk meshing yang  digunakan  berupa triangular .  Gambar hasil meshing torpedo  untuk  analisa  CFD  adalah sebagai berikut:
Gambar 4. Meshing Torpedo dan fluida. Tampak meshing secara global (gambar atas). Transisi antara meshing torpedo dan fluida (gambar bawah)
Pada  analisa  fluida  CFD,  dilakukan  meshing  pada fluida  dan  torpedo  dimana  pada  daerah  fluida  yang mendekati  dan  bersentuhan  dengan  torpedo  memiliki
tingkat kerapatan meshing yang tinggi. Jumlah element yang terbentuk dari meshing ini adalah 506431 element

## c. Setup
Langkah Setup dalam pemodelan digunakan untuk mendefinisikan  dan  memasukkan  nilai  dan  parameter serta  batasan-batasan  ke  dalam  pemodelan  numerik CFD.  Untuk  Batasan  masalah  dalam  pemodelan  CFD ini  bahwa  beban  lingkungan  seperti  arus  dan gelombang  diabaikan. Untuk Input  pembebanan  dan boundary  condition pada  Torpedo  adalah  sebagai berikut:
Boundary Condition yang diberikan adalah berupa fluida  air  laut  dengan  temperatur  25 o C.  Jenis  analisa yang digunakan adalah steady state .
Gambar 5. Pemberian Kondisi Batas ( Boundary Condition) dan Pembebanan Analisa CFD

## HASIL DAN DISKUSI
Setelah dilakukan analisa numerik dengan menggunakan  perangkat  lunak  CFD,  maka  dari tiap-tiap  variasi  kecepatan  torpedo  dapat  diperoleh: gambar  plot  vektor  kecepatan,  steamline  design, distribusi tekanan, grafik distribusi kecepatan sumbu-X  terhadap  arah  memanjang  torpedo,  dan grafik  distribusi  tekanan  terhadap  arah  memanjang torpedo.  Dalam  paper  ini,  kelima  gambar  tersebut hanya ditampilkan untuk kondisi kecepatan maksimum torpedo, yakni 30 knot. Sedangkan tekanan maksimum,
tekanan minimum, dan gaya maksimum sumbu-X dari tiap  variasi  kecepatan  akan  ditunjukkan  dalam  bentuk tabel dan grafik. Hasilnya adalah sebagai berikut:
Gambar 6. Vektor Kecepatan di Sekitar Torpedo saat
Kecepatan 30 Knot
Gambar 7. Streamline Kecepatan di Sekitar Torpedo saat Kecepatan 30 Knot
Gambar 8. Tampak Isometri Distribusi Tekanan pada
Torpedo saat Kecepatan 30 Knot
Gambar 9. Grafik Distribusi Kecepatan Sumbu-X pada Torpedo Sumbu-X saat Kecepatan 30 Knot
Gambar 10. Grafik Distribusi Tekanan pada Torpedo Sumbu-X saat Kecepatan 30 Knot
Dengan  menghitung  luas  permukaan  melintang forepeak torpedo  pada  area  yang  mengalami  tekanan maksimal,  maka  diperoleh  nilai  area  nya  sebesar 0.0195  m 2 .  Dengan  mengetahui  nilai  luas  permukaan dari  daerah  yang  mendapatkan  tekanan  maksimum, maka  dapat  diperoleh  nilai  gaya  maksimum  tegak lurus  terhadap  luas  permukaan  tersebut  (gaya maksimum  terhadap  sumbu-X).  Hasil  dari  tekanan maksimum,  tekanan  minimum,  dan  gaya  maksimum terhadap sumbu-X ditampilkan di bawah ini:
Tabel  2.  Rekapitulasi  Nilai  Pressure  Max,  Pressure
Min, dan Force Arah Sumbu-X Velocity Pressure Max Pressure Min Force (Resistance ) max Knot Pa Pa N 5 3.372E+0 3 -3.033E+03 6.582E+01 10 1.349E+0 4 -1.217E+04 2.633E+02 15 3.035E+0 4 -2.743E+04 5.924E+02 20 5.395E+0 4 -4.880E+04 1.053E+03 25 8.430E+0 4 -7.629E+04 1.646E+03 28 1.057E+0 5 -9.573E+04 2.063E+03 30 1.216E+0 5 -1.100E+05 2.374E+03

## Gambar 11. Grafik Tekanan Maksimum dan Tekanan Minimum terhadap Kecepatan
Untuk nilai gaya maksimum sumbu-X terhadap variasi kecepatan ditunjukkan pada grafik di bawah ini:

## Gambar 12. Grafik Gaya Maksimum Arah Sumbu-X (Resistance) terhadap Kecepatan
Untuk menguji kebenaran dari pemodelan dan simulasi  numerik  ini  dapat  diperiksa  dengan menggunakan Persamaan Bernoulli.
P = (1/2).ρ.v 2
dimana: P = tekanan maksimal [Pa] ρ = massa jenis air laut yakni 1025 [kg/m^3] v = kecepatan [m/s].
Dengan  nilai  tekanan  maksimum  yang  diperoleh  dari hasil  simulasi  numerik,  dapat  diperoleh  kecepatan maksimum  yang  terjadi  dari  persamaan  di  atas.  Dari kecepatan tersebut (setelah dikonversi ke dalam satuan knot)  dapat  dibandingkan  nilainya  dengan  nilai  input kecepatan  awal  dari  torpedo  tersebut,  apabila  nilai kecepatan  hasil  perhitungan  persamaan  di  atas mendekati  nilai  input  kecepatan  awal,  maka  dapat
dikatakan  simulasi  numeriknya  sudah  benar.  Hasilnya perbandingan  nilai  kecepatan  ditunjukkan  pada  tabel dibawah ini:
Tabel 3. Perbandingan Nilai Input Kecepatan Awal ( velocity input ) dengan Kecepatan Hasil Perhitungan ( velocity
calculation ) Velocity input Pressure Max Velocity Calculation Knot Pa Knot 5 3.372E+03 4.98606868 10 1.349E+04 9.97287667 15 3.035E+04 14.9586989 20 5.395E+04 19.9439051 25 8.430E+04 24.9303434 28 1.057E+05 27.9159214 30 1.216E+05 29.9420314
Gambar 13. Grafik Perbandingan Nilai Kecepatan Awal dan Hasil Perhitungan .
Dari  tabel  dan  grafik  di  atas  menunjukkan  nilai  yang sangat  dekat  antara  nilai velocity  input dan velocity calculation ,  sehingga  dapat  dikatakan  pemodelan numerik dengan CFD mendekati kebenaran.

## KESIMPULAN
Dari hasil pemodelan numerik computational fluid dynamic (CFD)  dapat  diketahui  nilai  tekanan maksimum  dan  minimum  yang  terjadi  di  sepanjang torpedo  terhadap  variasi  kecepatan,  dapat  diperoleh pula  kontur  sebaran  distribusi  tekanan  pada  torpedo, dari  hasil  tersebut  dapat  diketahui  daerah  yang mengalami  tekanan maksimum dan minimum, sehingga dari nilai tersebut dapat dianalisa kemampuan  gaya-gaya  hidrodinamika  dan  kekuatan struktur dari lambung torpedo tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] ANSYS 13 user guide
[2] Firman  Tuakia  (2008).  “ Dasar-Dasar  CFD Menggunakan Fluent ”,  Penerbit  Informatika, Bandung
[3] Saeed Moaveni, (2000), ”Finite Element Analysis”, Theory  and  Application  with  ANSYS,  Second Edition, Minnesota State Univeersity, Mankato.
[4] Teddy S. Setiahardja, (2012), “Rancang Bangun dan Uji  Hidrodinamika  Sistem  Propulsi  Torpedo Sebagai  Alat  Utama  Sistem  Senjata  Bawah  Air”,
Surabaya.